專利名稱：基于物聯網的煤層氣井螺桿式排采系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及煤層氣開采技術領域，尤其是一種基于物聯網的煤層氣井螺桿式 排采系統(tǒng)。
背景技術：
我國煤炭資源豐富，煤層氣中含有CH4甲烷氣體。為了充分利用能源，解決能源緊 缺的問題，國家大力支持開采煤層氣。目前，煤層氣開采主要采用自噴開采和誘導舉升開采兩種方式。誘導舉升開采是 通過抽排煤層中的承壓水，降低煤層壓力，使煤層中吸附的甲烷氣體釋放出來的辦法實現 的。通常情況采用抽油機式活塞泵、電潛泵以及螺桿泵來實現煤層氣的排采。如采用螺桿泵來實現煤層氣的排采時，煤層氣井地面上設置有電氣控制柜與驅動 頭，地下設置有螺桿泵及傳感器，其中螺桿泵由驅動頭驅動，驅動頭與傳感器與電氣控制柜 電性連接，傳感器與電氣控制柜通過型號傳輸線纜連接，電氣控制柜內設置有變頻器，該變 頻器與驅動頭電性連接，通過變頻器改變頻率從而改變驅動頭的運轉速度。在實際應用中，使用變頻器與驅動頭的煤層氣排采技術遇到如下問題(1)由于 采氣時需要不斷的從井下向外抽水，隨著排水量的增加，井下的壓力也會隨之下降，排水速 度過快將導致地層壓力下降過快，而應力敏感性強的儲層將極易發(fā)生速敏而使煤層氣井筒 附近煤儲層在短時間內受到較為嚴重的傷害，導致煤層氣滲透率急劇降低，阻礙煤儲層降 壓漏斗的擴展，煤層氣無法大規(guī)模解吸，無法形成長期穩(wěn)定的單井規(guī)格產量，而現有技術 中的變頻器是通過變頻改變轉速和排量，是梯形控制，液面下降速度不能適應下降過程中 地層應力敏感性變化，加上我國煤層存在著應力敏感性強、滲透偏低的特點，采用現有煤層 氣排采設備極易使儲層受損；( 當排采時間較長時，由于儲層供液量降低，井下液體的排 量隨之降低，當排量較小時，變頻技術對電機的調速能力有限，即使將驅動頭的轉速降至最 低也無法滿足生產所需的最低排量要求，由于存在煤層氣井較多，也無法人工實時監(jiān)控該 設備，容易導致設備損壞，對生產造成非常大的影響；C3)隨著排水量時間的增長，儲層供 水量逐漸降低，井下液體中的煤灰比重越來越大，井下液體粘度也會增大，不利于向外排水 并對水泵運行的暢通造成影響甚至卡泵損壞，水泵損壞又需檢泵撈沙而增加成本，且頻繁 的修井易造成儲層傷害進一步影響生產。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提出一種基于物聯網的煤層氣井螺桿式排采系 統(tǒng)，利用該系統(tǒng)達到對多口煤層氣井實時監(jiān)控，實時調整，有效保證煤層氣的正常排采。為了克服背景技術中存在的缺陷，本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案 是一種基于物聯網的煤層氣井螺桿泵排采系統(tǒng)，包括螺桿泵電氣控制裝置，用于收集驅動螺桿泵的驅動頭數據；無線模塊，用于發(fā)送電氣控制裝置收集的驅動頭數據；[0010]無線網絡，與無線模塊通訊；服務器，將無線模塊傳輸的數據進行整理與存儲，整理后的數據發(fā)送至終端；終端，用于顯示服務器整理后的數據以及接收用戶的指令，終端將指令傳送至服 務器，通過服務器將指令通過無線網絡傳遞至無線模塊，通過無線模塊將指令傳送至電氣 控制裝置，電氣控制裝置根據用戶的指令控制驅動頭轉動。根據本發(fā)明的另外一個實施例，基于物聯網的煤層氣井螺桿泵排采系統(tǒng)進一步 包括所述電氣控制裝置包括顯示輸入裝置、數字通信模塊、信號處理模塊、儀表通信模塊， 變頻器以及主控模塊，所述數字通信模塊、信號處理模塊、儀表通信模塊與主控模塊電性連 接，所述顯示輸入裝置、變頻器、無線模塊與數字通信模塊電性連接。根據本發(fā)明的另外一個實施例，基于物聯網的煤層氣井螺桿泵排采系統(tǒng)進一步包 括所述無線模塊位于電氣控制裝置內。根據本發(fā)明的另外一個實施例，基于物聯網的煤層氣井螺桿泵排采系統(tǒng)進一步包 括所述無線通訊模塊為GPRS模塊、GSM模塊、CDMA模塊或SCDMA模塊，所述無線網絡為GPRS 網絡、GSM網絡、⑶MA網絡或S⑶MA網絡。根據本發(fā)明的另外一個實施例，基于物聯網的煤層氣井螺桿泵排采系統(tǒng)進一步包 括所述服務器與終端通過有線網絡連接。根據本發(fā)明的另外一個實施例，基于物聯網的煤層氣井螺桿泵排采系統(tǒng)進一步包 括所述螺桿泵處設置有井底壓力計，該井底壓力計與儀表通信模塊電性連接，井口設置有 氣液分離裝置、輸氣管道與水池，將氣液分離裝置輸入端與螺桿泵連通，氣液分離裝置的液 體輸出端與水池連接，氣液分離裝置的氣體輸出端與輸氣管道連通。根據本發(fā)明的另外一個實施例，基于物聯網的煤層氣井螺桿泵排采系統(tǒng)進一步包 括所述氣液分離裝置的氣體輸出端設置有套壓變送器，所述輸氣管道上設置有氣體流量計 以及壓力變送器，壓力變送器、氣體流量計、套壓變送器與儀表通信模塊電性連接。根據本發(fā)明的另外一個實施例，基于物聯網的煤層氣井螺桿泵排采系統(tǒng)進一步包 括所述氣液分離裝置的液體輸出端與水池連接的管路上設置有脈沖式水表。根據本發(fā)明的另外一個實施例，基于物聯網的煤層氣井螺桿泵排采系統(tǒng)進一步包 括所述變頻器的電源輸入電路上設置有防雷模塊以及電抗器。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明可以同時并實時監(jiān)控多個煤層氣井，還可以對相應 煤層氣井的螺桿泵及時調整，保證螺桿泵在井下正常工作，無需工人時刻對煤層氣井進行 實時查看，節(jié)省了大量的勞動力成本，并且不受氣候影響。
圖1是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的結構示意圖；圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例的電氣控制裝置的框架圖；圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例的總體框架圖；其中1、電氣控制裝置，2、無線模塊，3、無線網絡，4、服務器，5、終端，6、流量計，7、 閥，8、壓力變送器，9、水池，10、水表，11、氣液分離裝置，12、井底壓力計，13、螺桿泵，14、套 壓變送器，15、驅動頭，16、變頻器。
具體實施方式
現在結合附圖和優(yōu)選實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡 化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型有關 的構成。如圖1所示，一種基于物聯網的煤層氣井螺桿泵排采系統(tǒng)，包括螺桿泵電氣控制 裝置，用于收集驅動螺桿泵的驅動頭數據；無線模塊，用于發(fā)送電氣控制裝置收集的驅動頭 數據；無線網絡，與無線模塊通訊；服務器，將無線模塊傳輸的數據進行整理與存儲，整理 后的數據發(fā)送至終端；終端，用于顯示服務器整理后的數據以及接收用戶的指令，終端將指 令傳送至服務器，通過服務器將指令通過無線網絡傳遞至無線模塊，通過無線模塊將指令 傳送至電氣控制裝置，電氣控制裝置根據用戶的指令控制驅動頭轉動。用戶查看終端顯示 的驅動頭數據，根據顯示數據及時了解或調整驅動頭的相關數據，將驅動頭的調整數據輸 入終端，無需工人時刻對煤層氣井進行實時查看，可以直接遠程監(jiān)控，節(jié)省了大量的勞動力 成本，并且不受氣候影響。其中，如圖2所示，電氣控制裝置包括顯示輸入裝置、數字通信模塊、信號處理模 塊、儀表通信模塊，變頻器以及主控模塊，所述數字通信模塊、信號處理模塊、儀表通信模塊 與主控模塊電性連接，所述顯示輸入裝置、變頻器、無線模塊與數字通信模塊電性連接。而 無線模塊位于電氣控制裝置內。電氣控制裝置主要實現綜合數據采集與處理、無線數據收發(fā)、變頻調節(jié)等功能。服務器主要用于接收電氣控制裝置發(fā)來的數據，并進行數據處理、存儲、網絡發(fā) 布，服務器還可以接收終端發(fā)來的控制命令，并將它們傳遞到電氣控制裝置，以實現雙向的 數據傳遞。終端通過網絡瀏覽器或者專用的軟件包iGas對服務器進行數據訪問，可以觀察 到井場的實時工況數據、歷史數據、經處理后的數據圖表、數據對比圖示等。終端還可以直 接對現場電氣控制裝置進行命令下發(fā)，實現驅動頭的啟動、停止、參數調節(jié)、自動運行等功 能。通過驅動頭驅動螺桿泵轉動，驅動頭優(yōu)選使用減速器和皮帶傳動方式，實時調節(jié) 螺桿泵轉速，驅動轉矩調節(jié)，并且具有防止螺桿泵反轉的功能。螺桿泵的工作原理是利用轉 子和定子形成“S”空腔，通過轉子的不斷的旋轉，空腔“S”不斷的螺旋上升，下面新形成的 空腔完成液體吸入過程，經過螺旋上升后液體在上端排出，完成排水功能。顯示輸入裝置提供了井場本地的數據顯示、本地命令控制、歷史數據保存與查詢 等功能。在沒有網絡覆蓋的區(qū)塊，顯示輸入裝置可以作為完整、獨立的人機控制界面使用。無線模塊實現井場與服務器之間的數據交互功能。它的任務是將本地數據上傳 到服務器、將服務器命令下發(fā)到本地、實現網絡連接狀態(tài)遠程報告。電氣控制裝置可以由多個子模塊構成，其中主要的子模塊和其簡要功能如下所 述1、電源分配模塊實現對多路輸入電源實現自動切換和均流共享為其他子模塊提供電源為儀表提供獨立隔離的電源[0040]2、主控模塊實現完整的系統(tǒng)總體功能整合各模塊得到的數據實現自動控制算法可以實現1+1熱備份3、數字通信模塊獲得數字儀表或其他外設的采集數據對主控模塊的命令進行正確響應和執(zhí)行4、信號處理模塊獲得模擬類儀表的采集數據對外部模擬執(zhí)行器進行驅動5、數字IO模塊采集外部數字IO 口狀態(tài)輸出外部數字IO 口狀態(tài)6、儀表通信模塊采集井下壓力計實時數據采集其他非標準類的外設數據對主控模塊的命令進行正確的響應如圖3所示，無線通訊模塊為GPRS模塊、GSM模塊、CDMA模塊或SCDMA模塊，所述 無線網絡為GI3RS網絡、GSM網絡、⑶MA網絡或S⑶MA網絡。而服務器與終端通過有線網絡連接，如以太網雙絞線連接。在圖1中，服務器通常 位于用戶專用機房，也可以根據實際情況，放置于任何有可靠電源和足夠網絡帶寬的地方； 終端通常位于客戶監(jiān)控室中，也可以在任何有IP網絡連接的地方建立該終端。系統(tǒng)軟件提 供足夠的授權驗證以保證網絡訪問安全。另外，螺桿泵處設置有井底壓力計，該井底壓力計與儀表通信模塊電性連接，井口 設置有氣液分離裝置、輸氣管道與水池，將氣液分離裝置輸入端與螺桿泵連通，氣液分離裝 置的液體輸出端與水池連接，氣液分離裝置的氣體輸出端與輸氣管道連通。通過氣液分離 裝置將煤層氣與地下水分離出來，分離出來的煤層氣通過管道傳送至輸氣管道，而分離出 來的地下水通過泵輸送至水池中。而，井底壓力計用于井底測量煤層氣附近的實際壓力值，這個壓力值也稱為井底 流壓。氣液分離裝置的氣體輸出端設置有套壓變送器，所述輸氣管道上設置有氣體流量 計以及壓力變送器，壓力變送器、氣體流量計、套壓變送器與儀表通信模塊電性連接。套壓 變送器，用來測量井口套管和油管之間環(huán)行空間內的壓力，通常它代表了井口煤層氣的壓 力；流量變送器與壓力變送器，這是用來測量井場套管輸出通道內煤層氣氣體的流量和壓 力的儀表。通常該儀表同時具備了流量和壓力的測量功能，也可以選擇獨立的流量變送器 和壓力變送器來分別測量。另外，液分離裝置的液體輸出端與水池連接的管路上設置有脈沖式水表，該脈沖 式水表用來測量輸出油管內的水流量。為了防止停機或啟動時氣體推動水表產生誤差信號，脈沖式水表的安裝優(yōu)選采用“U”形裝置以獲得可靠的準確度。也可以采用翻斗式計數 的方式。所述變頻器的電源輸入電路上設置有防雷模塊以及電抗器，通過防雷模塊以及電 抗器為變頻器提供有效保護。以上述依據本實用新型的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人 員完全可以在不偏離本項實用新型技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項實 用新型的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術 性范圍。
權利要求1.一種基于物聯網的煤層氣井螺桿式排采系統(tǒng)，其特征在于包括螺桿泵電氣控制裝置，用于收集驅動螺桿泵的驅動頭數據；無線模塊，用于發(fā)送電氣控制裝置收集的驅動頭數據；無線網絡，與無線模塊通訊；服務器，將無線模塊傳輸的數據進行整理與存儲，整理后的數據發(fā)送至終端；終端，用于顯示服務器整理后的數據以及接收用戶的指令，終端將指令傳送至服務器， 通過服務器將指令通過無線網絡傳遞至無線模塊，通過無線模塊將指令傳送至電氣控制裝 置，電氣控制裝置根據用戶的指令控制驅動頭轉動。
2.根據權利要求1所述的基于物聯網的煤層氣井螺桿式排采系統(tǒng)，其特征在于所述 電氣控制裝置包括顯示輸入裝置、數字通信模塊、信號處理模塊、儀表通信模塊，變頻器以 及主控模塊，所述數字通信模塊、信號處理模塊、儀表通信模塊與主控模塊電性連接，所述 顯示輸入裝置、變頻器、無線模塊與數字通信模塊電性連接。
3.根據權利要求2所述的基于物聯網的煤層氣井螺桿式排采系統(tǒng)，其特征在于所述 無線模塊位于電氣控制裝置內。
4.根據權利要求1所述的基于物聯網的煤層氣井螺桿式排采系統(tǒng)，其特征在于所述 無線通訊模塊為GPRS模塊、GSM模塊、CDMA模塊或SCDMA模塊，所述無線網絡為GPRS網絡、 GSM網絡、⑶MA網絡或S⑶MA網絡。
5.根據權利要求1所述的基于物聯網的煤層氣井螺桿式排采系統(tǒng)，其特征在于所述 服務器與終端通過有線網絡連接。
6.根據權利要求2所述的基于物聯網的煤層氣井螺桿式排采系統(tǒng)，其特征在于所述 螺桿泵處設置有井底壓力計，該井底壓力計與儀表通信模塊電性連接，井口設置有氣液分 離裝置、輸氣管道與水池，將氣液分離裝置輸入端與螺桿泵連通，氣液分離裝置的液體輸出 端與水池連接，氣液分離裝置的氣體輸出端與輸氣管道連通。
7.根據權利要求6所述的基于物聯網的煤層氣井螺桿式排采系統(tǒng)，其特征在于所述 氣液分離裝置的氣體輸出端設置有套壓變送器，所述輸氣管道上設置有氣體流量計以及壓 力變送器，壓力變送器、氣體流量計、套壓變送器與儀表通信模塊電性連接。
8.根據權利要求6所述的基于物聯網的煤層氣井螺桿式排采系統(tǒng)，其特征在于所述 氣液分離裝置的液體輸出端與水池連接的管路上設置有脈沖式水表。
9.根據權利要求2所述的基于物聯網的煤層氣井螺桿式排采系統(tǒng)，其特征在于所述 變頻器的電源輸入電路上設置有防雷模塊以及電抗器。
專利摘要本實用新型涉及一種基于物聯網的煤層氣井螺桿泵排采系統(tǒng)，包括螺桿泵電氣控制裝置，用于收集驅動螺桿泵的驅動頭數據；無線模塊，用于發(fā)送電氣控制裝置收集的驅動頭數據；無線網絡，與無線模塊通訊；服務器，將無線模塊傳輸的數據進行整理與存儲，整理后的數據發(fā)送至終端；終端，用于顯示服務器整理后的數據以及接收用戶的指令，終端將指令傳送至服務器，通過服務器將指令通過無線網絡傳遞至無線模塊，通過無線模塊將指令傳送至電氣控制裝置。本實用新型可以同時并實時監(jiān)控多個煤層氣井，還可以對相應煤層氣井的螺桿泵及時調整，保證螺桿泵在地下正常工作，無需工人時刻對煤層氣井進行實時查看，節(jié)省了大量的勞動力成本，并且不受氣候影響。
文檔編號E21B43/34GK201835799SQ201020555230
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月11日 優(yōu)先權日2010年10月11日
發(fā)明者臧偉 申請人:常州凱銳自動化控制設備有限公司, 臧偉